Organic acids in forest litters play important role in forests and forest soils. Based on the fresh litter materials of Fraxinus mandshurica and Larix olgensis forest in northeast China, a capillary gas chromatography procedure was established to determine organic acids in forest litters. Organic acids in forest litter were lixiviated and derived into corresponding esters with 7∶100 (v:v) H2SO4∶CH3OH at 60℃, extracted in CHCl3 and analyzed by capillary gas chromatography (GC) system. It resulted that, the method reported in this paper to separate, identify and determine organic acids in forest litter by GC was reliable and easy to operate. The disposal of sample was convenient, and the esterification with CH3OH occurred while extracting organic acids with the same reagent, so volatilization loss of low-molecular-weight organic acids and oxidation of unsaturated fatty acids were avoided in course of condensation and esterification at high temperature when the conventional method to determine organic acids was used. Good selectivity was obtained, low-molecular-weight organic acids and high fatty acids could be determined simultaneously and accurately. Recovery of thirteen organic acids detected by adding standard samples ranged from 84.66% to 97.45% with relative standard deviation from 1.53% to 8.54%, and lowest detection limit of different organic acids was in range of 0.39 to 6.46 ng. The method could be used to determine organic acids in forest litters with satisfactory results.
全 文 :第 ws卷 第 w期
u s s w年 z 月
林 业 科 学
≥≤∞× ≥∂ ∞ ≥≤∞
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∏¯ qou s s w
毛细管气相色谱法测定森林凋落物中的有机酸 3
宋金凤tl 崔晓阳vl
k东北林业大学 哈尔滨 txsswsl
刘 永ul
k中国水产科学研究院黑龙江水产研究所 哈尔滨 txsszsl
关键词 } 毛细管气相色谱法 o凋落物 o有机酸 o甲酯化
中图分类号 }≥zt{1wv 文献标识码 } 文章编号 }tsst p zw{{kusswlsw p st{x p sw
收稿日期 }ussv p ts p tw ∀
基金项目 }国家自然科学基金资助项目kvstzszy{l ∀
3 tl !ul !vl为作者排序 ∀崔晓阳为通讯作者 ∀
∆ετερµινατιον οφ Οργανιχ Αχιδσιν Φορεστ Λιττερσ βψ α Χαπιλλαρψ Γασ Χηροµατογραπηψ
≥²±ª¬±©¨ ±ªtl ≤∏¬÷¬¤²¼¤±ªvl
k Νορτηεαστ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Ηαρβινtxsswsl
¬∏≠²±ªul
k Ηειλονγϕιανγ Φισηερψ Ρεσεαρχη Ινστιτυτε o Χηινεσε Αχαδεµψοφ Φισηερψ Σχιενχεσ Ηαρβινtxsszsl
Αβστραχτ} µª¤±¬¦¤¦¬§¶¬±©²µ¨¶·¯¬·¨µ¶³¯¤¼¬°³²µ·¤±·µ²¯¨¬±©²µ¨¶·¶¤±§©²µ¨¶·¶²¬¯¶q
¤¶¨§²±·«¨ ©µ¨¶« ¬¯·¨µ°¤·¨µ¬¤¯¶²©
Φραξινυσ µανδσηυριχα ¤±§ Λαριξ ολγενσισ©²µ¨¶·¬± ±²µ·«¨¤¶·≤«¬±¤o¤¦¤³¬¯¯¤µ¼ ª¤¶¦«µ²°¤·²ªµ¤³«¼ ³µ²¦¨§∏µ¨ º¤¶ ¶¨·¤¥¯¬¶«¨§·²
§¨·¨µ°¬±¨ ²µª¤±¬¦¤¦¬§¶¬±©²µ¨¶·¯¬·¨µ¶qµª¤±¬¦¤¦¬§¶¬±©²µ¨¶·¯¬·¨µº¨ µ¨ ¬¯¬¬√¬¤·¨§¤±§§¨µ¬√¨ §¬±·²¦²µµ¨¶³²±§¬±ª ¶¨·¨µ¶º¬·«
zΒtss k√ }√l u≥w Β≤v ¤·ys ε o ¬¨·µ¤¦·¨§¬± ≤≤¯ v ¤±§¤±¤¯¼½¨ §¥¼ ¦¤³¬¯¯¤µ¼ ª¤¶¦«µ²°¤·²ªµ¤³«¼ k≤l ¶¼¶·¨°q·
µ¨¶∏¯·¨§·«¤·o·«¨ °¨ ·«²§µ¨³²µ·¨§¬±·«¬¶³¤³¨µ·² ¶¨³¤µ¤·¨o¬§¨±·¬©¼ ¤±§ §¨·¨µ°¬±¨ ²µª¤±¬¦¤¦¬§¶¬± ©²µ¨¶·¯¬·¨µ¥¼ ≤ º¤¶
µ¨ ¬¯¤¥¯¨¤±§ ¤¨¶¼·²²³¨µ¤·¨q׫¨ §¬¶³²¶¤¯ ²©¶¤°³¯¨º¤¶¦²±√¨ ±¬¨±·o¤±§·«¨ ¶¨·¨µ¬©¬¦¤·¬²± º¬·«≤v ²¦¦∏µµ¨§º«¬¯¨ ¬¨·µ¤¦·¬±ª
²µª¤±¬¦¤¦¬§¶º¬·«·«¨ ¶¤°¨ µ¨¤ª¨ ±·o¶²√²¯¤·¬¯¬½¤·¬²± ²¯¶¶²© ²¯º2°²¯ ¦¨∏¯¤µ2º¨ ¬ª«·²µª¤±¬¦¤¦¬§¶¤±§²¬¬§¤·¬²±²©∏±¶¤·∏µ¤·¨§©¤·¼
¤¦¬§¶º¨ µ¨ ¤√²¬§¨§¬±¦²∏µ¶¨ ²©¦²±§¨±¶¤·¬²± ¤±§ ¶¨·¨µ¬©¬¦¤·¬²± ¤·«¬ª«·¨°³¨µ¤·∏µ¨ º«¨ ±·«¨ ¦²±√¨ ±·¬²±¤¯ °¨ ·«²§·² §¨·¨µ°¬±¨
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§¨·¨µ°¬±¨ §¶¬°∏¯·¤±¨ ²∏¶¯¼ ¤±§¤¦¦∏µ¤·¨¯¼q ¦¨²√¨ µ¼ ²©·«¬µ·¨¨ ± ²µª¤±¬¦¤¦¬§¶§¨·¨¦·¨§¥¼ ¤§§¬±ª¶·¤±§¤µ§¶¤°³¯ ¶¨µ¤±ª¨§©µ²°
{w1yy h ·²|z1wx h º¬·«µ¨ ¤¯·¬√¨ ¶·¤±§¤µ§§¨√¬¤·¬²±©µ²°t1xv h ·²{1xw h o¤±§ ²¯º¨ ¶·§¨·¨¦·¬²± ¬¯°¬·²©§¬©©¨µ¨±·²µª¤±¬¦¤¦¬§¶
º¤¶¬±µ¤±ª¨ ²©s1v|·²y1wy ±ªq׫¨ °¨ ·«²§¦²∏¯§¥¨ ∏¶¨§·² §¨·¨µ°¬±¨ ²µª¤±¬¦¤¦¬§¶¬±©²µ¨¶·¯¬·¨µ¶º¬·«¶¤·¬¶©¤¦·²µ¼ µ¨¶∏¯·¶q
Κεψ ωορδσ} ≤¤³¬¯¯¤µ¼ ª¤¶¦«µ²°¤·²ªµ¤³«¼oƒ²µ¨¶·¯¬·¨µoµª¤±¬¦¤¦¬§¶o∞¶·¨µ¬©¬¦¤·¬²±
有机酸在土壤养分活化 !释放中的作用日益受到关注 o已成为国内外植物营养和土壤学研究的热点kƒ²¬
ετ αλqot||s¥~t||u ~胡红青等 ot||z ~陆文龙等 ot||{ ~¦≤²¯¯ ετ αλqot||| ~≥²¯ ¬¯±¶ ·¨¤¯ qot|||l ∀土壤中的有机
酸可来自有机质分解 !微生物代谢或植物根分泌作用等不同途径k莫淑勋 ot|{y ~沈阿林等 ot||zl ∀对于森林
土壤来说 o森林凋落物的分解和淋溶过程无疑是有机酸的最主要来源 ∀目前 o已有越来越多的研究者注意到
森林凋落物分解 !淋溶过程中释放的有机酸并对此进行研究k°²«¯°¤± ετ αλqot|{{ ~ƒ²¬ ετ αλqot||s¤~王晓水
等 ot||z ~吴俊民等 ousssl o这就要求有准确 !快速 !简便的分析检测方法 ∀
森林凋落物中有机酸的分析尚无统一方法 o研究者采用的主要有高效液相色谱法和气相色谱法 u大类 ∀
用高效液相色谱法k紫外检测器l测定有机酸时 o检测波长一般在羧基的最大吸收峰 usx ±°左右 o易受夹杂
成分的干扰 o引起较大误差 o且需要较为复杂的前处理kƒ²¬ ετ αλqot||s¤l ~另外在测定小分子有机酸时需要
较低的 ³值 o易引起色谱柱的流失 o而高级脂肪酸又以结合态k甘油三酯l存在 o且存在形式不唯一 o无法直
接测定 o使其游离而不破坏脂肪酸的特性需要复杂的处理过程 ∀应用传统的气相色谱法测定有机酸时 o前处
理大多选用不同溶剂浸提 o然后进行浓缩 !酯化 o这就不可避免地产生易挥发性有机酸在浓缩和酯化过程中
的损失以及高温引起的不饱和脂肪酸的氧化 o且由于处理方法的不同 o通常仅能分析大分子有机酸 o而对低
分子有机酸的选择性较差k王晓水等 ot||z ~吴俊民等 ousssl ∀对于同一种凋落物而言 o要想测定出其所含有
的低分子量有机酸及高级脂肪酸 o往往需用 u种不同方法进行测定 o从而导致 u种不同方法之间可比性差 o
容易造成误差 ∀因此 o进行树种凋落物中各种有机酸的综合 !一次性测定研究就显得尤为重要 ∀
本文采用甲醇浸提的同时进行甲酯化处理 o用毛细管气相色谱法进行检测 o建立了一种准确且同时测定
森林凋落物中低分子量有机酸和高级脂肪酸的毛细管气相色谱法 ∀该方法操作简便 o不需要额外的样品浓
缩处理过程 o能同时分析多种低分子量有机酸及高级脂肪酸 ∀
1 试验材料
选择东北林区主要造林树种水曲柳k Φραξινυσ µανδσηυριχαl和落叶松 kΛαριξ ολγενσισl的新鲜凋落物为供试
材料 ∀于 ts月上旬在东北林业大学帽儿山实验林场kwxβtuχ ∗ wxβvsχ otuzβvsχ ∗ tuzβw{χ ∞l收集当年新鲜凋
落物k层l ∀样品在实验室内通风阴干 o粉碎 o装瓶待测 ∀
2 样品处理(浸提与甲酯化)
准确称取凋落物样品 s1xss s ª放入干净的 xs °反应瓶中 o加入体积之比为 zΒtss的 u≥wΒ≤v 溶
液 ts °k刘百战等 ot|||l o密闭摇匀 o置于 ys ε 水浴锅中加热 uw «浸提并直接进行甲酯化 o然后用布氏漏斗
将甲酯化后的样品抽滤 o用甲醇冲洗反应瓶 v次 o抽滤后合并滤液 o转移到盛有 us °高纯水的分液漏斗中 ∀
用三氯甲烷萃取kx °o分 v次l o分层后下层萃取液经无水硫酸钠玻璃小柱k玻璃小柱中加入约 x °°厚无水
硫酸钠 o下端用玻璃纤维固定 ~无水硫酸钠及玻璃纤维在 uxs ε 下烘干 w «l干燥 o用带刻度试管接取 o直接取
t Λ进样分析 ∀
3 仪器设备与色谱条件
美国 ª¬¯¨ ±·2y{|s气相色谱仪 o氢火焰离子化检测器kƒ⁄l ∀色谱分析条件如下 }色谱柱 }vs ° ≅ s1ux
°° ≅ s1xv Λ° ƒƒ°弹性石英毛细管柱 ~柱流速 }u1x °#°¬±pt ~进样口温度 }uvs ε ~载气 }氮气kul o纯度 ∴
||1||| h ~程序升温 }tus ε k保持 u °¬±l ts ε #°¬±
pt
tys ε us ε #°¬±
pt
uss ε k保持 us °¬±l ~进样量 }t Λ ~分流
比 }usΒt ~检测器温度 }uxs ε ~尾吹 }xs °#°¬±pt ~ uΒ空气为 ws °#°¬±ptΒwxs °#°¬±pt ∀
4 定性分析
分别取一定浓度的草酸 !丙二酸 !丁二酸 !反丁烯二酸 !顺丁烯二酸 !苹果酸 !柠檬酸 !棕榈酸 !硬脂酸 !油
酸 !亚油酸 !亚麻酸和花生酸k均为色谱纯 o≥¬ª°¤产品l标样 o在上述最佳色谱条件下 o按样品处理方法进行甲
酯化 o得到标样色谱图 o以确定各有机酸峰的位置及不同有机酸所对应的保留时间 ∀在相同色谱条件下 o将
样品色谱图与有机酸标准样品色谱图进行对照 o根据保留时间确定样品中各有机酸的色谱峰 o进行定性分
析 ~同时还在样品中加入有机酸标样 o以进一步确定 ∀图 t和图 u分别为水曲柳和落叶松凋落物样品的典型
气相色谱图 ∀
从图 t和图 u可以看出 o水曲柳和落叶松凋落物样品含有多种有机酸 o包括草酸 !丙二酸 !反丁烯二酸 !
丁二酸 !顺丁烯二酸 !苹果酸 !棕榈酸 !柠檬酸 !硬脂酸 !油酸 !亚油酸 !亚麻酸 !花生酸等 o其中大部分峰都能得
到较好的分离 ∀另外还有部分含量较高的物质未能确认 ∀
图 t 水曲柳凋落物中有机酸k甲酯l的典型气相色谱图
ƒ¬ªqt ·¼³¬¦¤¯ ¦«µ²°¤·²ªµ¤° ²©²µª¤±¬¦¤¦¬§¶¬± Φq µανδσηυριχα©²µ¨¶·¯¬·¨µ
t1 草酸 ¬¤¯¬¦~u1 丙二酸 ¤¯²±¬¦~v1 反丁烯二酸 ƒ∏°¤µ¬¦~w1 丁二酸 ≥∏¦¦¬±¬¦~x1顺丁烯二酸 ¤¯ ¬¨¦~y1苹果酸 ¤¯¬¦~z1棕榈酸
≤tyΒs ~{1 柠檬酸 ≤¬·µ¬¦~|1硬脂酸 ≤t{Βs ~ts1 油酸 ≤t{Βt ~tt1亚油酸 ≤t{Βu ~tu1 亚麻酸 ≤t{Βv ~tv1 花生酸 ≤usΒs1 下同 ∀ ׫¨ ¶¤°¨¥¨ ²¯º q
y{t 林 业 科 学 ws卷
图 u 落叶松凋落物中有机酸k甲酯l的典型气相色谱图
ƒ¬ªqu ·¼³¬¦¤¯ ¦«µ²°¤·²ªµ¤° ²©²µª¤±¬¦¤¦¬§¶¬± Λq ολγενσισ©²µ¨¶·¯¬·¨µ
5 定量分析
应用外标法进行定量分析 o用峰面积计算出样品中各有机酸的含量 ∀为测定该方法的精密度 o同一凋落
物样品重复称样 y次 o分别进行甲酯化处理和色谱分析 o计算各有机酸含量的平均值和相对标准偏差 ∀另
外 o采用标准加入法进行有机酸的回收率试验 o并取一定浓度的有机酸标样进行最小检出限测定k ΣΠΝ vl ∀
水曲柳凋落物中 tv种有机酸的定量测定结果及方法的相对标准偏差 !回收率 !最小检出限等参数列于表 t ∀
表 1 水曲柳凋落物中各种有机酸的测定结果及其相对标准偏差 !回收率和最小检出限 ≠
Ταβ . 1 Ρεσυλτσφορ τηε δετερµινατιον οφ οργανιχ αχιδσιν Φ . µανδσηυριχα φορεστ λιττερ
ανδ ρελατιϖε στανδαρδ δεϖιατιον ,ρεχοϖερψ ανδ λοωεστ δετεχτιον λιµιτ οφ τηε αναλψτιχαλ µετηοδ
有机酸 µª¤±¬¦¤¦¬§ 平均值 √ µ¨¤ª¨Πk°ª#ªptl 相对标准偏差 ≥⁄Πh 回收率 ¦¨²√¨ µ¼Πh 最小检出限 ²º ¶¨·§¨·¨¦·¬²± ¬¯°¬·Π±ª
草酸 ¬¤¯¬¦ x{1y| u1uu |s1|u w1v|
丙二酸 ¤¯²±¬¦ v1v{ w1|u {w1{u u1t{
反丁烯二酸 ƒ∏°¤µ¬¦ s1ux w1su {w1yy t1vw
丁二酸 ≥∏¦¦¬±¬¦ s1yy v1xx {y1z{ t1wt
顺丁烯二酸 ¤¯ ¬¨¦ s1sw {1xw {|1sw t1v{
苹果酸 ¤¯¬¦ v1{| u1{s |v1su v1zs
柠檬酸 ≤¬·µ¬¦ y1wz u1tx {{1|v y1wy
棕榈酸 ≤tyΒs tt1ut u1vt |x1ys s1v|
硬脂酸 ≤t{Βs w1|w w1st |s1|x s1zw
油 酸 ≤t{Βt yy1uz u1wu |w1zv s1z|
亚油酸 ≤t{Βu tt{1|u t1xv |z1wx s1|y
亚麻酸 ≤t{Βv tt1uy v1wy |v1xt t1tv
花生酸 ≤usΒs v1yz w1|s |s1{u t1wt
≠ ≥⁄} ¨¯¤·¬√¨ ¶·¤±§¤µ§§¨√¬¤·¬²±q
由表 t可以看出 o所检测的 tv种有机酸中有 tu种相对标准偏差在 t1xv h ∗ x1vs h o只有顺丁烯二酸因
为含量少 o相对标准偏差达到 {1xw h o但也满足分析测定的要求 ~tv种有机酸的加标回收率在 {w1yy h ∗
|z1wx h之间 ~各有机酸的最小检出限为 s1{| ∗ y1wy ±ª∀
6 结论与讨论
本研究将密封样品的反应瓶置于 ys ε 水浴锅中 o采用甲醇浸提有机酸并直接甲酯化 uw «o建立了一种
准确测定森林凋落物中有机酸的毛细管气相色谱法 ∀该方法不需要特殊设备及样品浓缩处理 o不但能有效
避免传统测定方法浓缩和酯化过程中易挥发有机酸的损失 o以及高温引起的不饱和脂肪酸的氧化 o而且酯化
完全 o样品转移简便 o易于操作 ~用毛细管气相色谱法进行检测 o选择性好 o能一次性准确测定低分子量有机
酸及高级脂肪酸 ∀实验表明 o该方法分离度好 !精密度高 !重现性好k保留时间变化在 ? t1x h以内l !回收率
及最小检出限均满足要求 o是一种对凋落物样品中有机酸进行定性 !定量分析的可靠方法 ∀
z{t 第 w期 宋金凤等 }毛细管气相色谱法测定森林凋落物中的有机酸
将本文分析结果与王晓水等kt||zl !吴俊民等kusssl所做的结果进行对比 o发现亚油酸所占比例较大这
一点是一致的 o但其二人均未涉及低分子量有机酸 o如草酸 !丙二酸 !反丁烯二酸 !丁二酸 !顺丁烯二酸 !苹果
酸等 ∀°²«¯°¤±等kt|{{l发现北美翠柏k Χαλοχεδρυσ δεχυρρενσl !美国黄松k Πινυσ πονδεροσαl未分解凋落物亚层中
草酸含量最大 o在这点上本研究也与此结果相符 ∀同时还发现 °²«¯°¤±等kt|{{l !ƒ²¬等kt||s¤l所检测的有
机酸数量远低于本文结果 o原因很可能在于他们测定有机酸时采用稀 ¤Πv 溶液或调节到一定 ³值
的去离子水进行凋落物淋洗处理 o接收淋洗液进行分析 o所测得的主要是游离低分子有机酸k高级脂肪酸以
水相溶剂是无法提取的l ~而本文则是在 ys ε 密闭条件下 o采用甲醇浸提有机酸并直接进行甲酯化 o游离有
机酸可直接浸提酯化 o结合态有机酸亦可在酸的作用下完成酯交换 o使游离及结合态有机酸得以同时测定 ∀
此外 o凋落物中有机酸的专门定性分析采用了气相色谱 p质谱k≤2≥l联用法 o将另文论述 ∀
参 考 文 献
胡红青 o贺纪正 o李学垣等 q有机酸对酸性土壤吸附磷的影响 q华中农业大学学报 ot||z otyktl }vz p wu
刘百战 o徐 亮 o詹建波等 q云南烤烟中非挥发性有机酸及某些高级脂肪酸的分析 q中国烟草科学 ot||| okul }u{ p vt
陆文龙 o王敬国 o曹一平等 q低分子量有机酸对土壤磷释放动力学的影响 q土壤学报 ot||{ ovxkwl }w|v p w||
莫淑勋 q土壤中有机酸的产生 !转化及对土壤肥力的某些影响 q土壤学进展 ot|{y otwkwl }t p ts
沈阿林 o李学垣 o吴受容 q土壤中低分子量有机酸在物质循环中的作用 q植物营养与肥料学报 ot||z ovkwl }vyv p vzs
王晓水 o刘广平 o吴保国 q落叶松水曲柳混交林树体淋洗物和枯枝落叶分解产物的作用 q见 }沈国舫 o翟明普主编 q混交林研究 q北京 }中国林业
出版社 ot||z }tyw p tyz
吴俊民 o王会滨 o唐利疆等 q混交林落叶松枯枝落叶对水曲柳生长的影响 q东北林业大学学报 ousss ou{kul }t p v
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